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能源转型:天然气为桥,彼岸新能源

来源:中国石化报 日期:2018-09-04 浏览量:

当前我国一次能源消费呈“一大三小”态势,煤炭一家独大,石油、天然气、新能源合计占比不到40%。我国能源结构向清洁低碳高效转型,必须要改变粗放利用煤炭现状、跨越石油时代,天然气与新能源势必成为能源转型的主力。天然气是从化石能源向新能源跨越中不可替代的桥梁。从天然气的资源量来看,仅已探明储量就足够全球开发使用50多年,世界或将在本世纪中叶进入“天然气时代”。在新能源中,地热、氢能等目前占比很小的能源潜力巨大,发展前景可期。储能技术发展将为新能源蓬勃发展提供支撑。在8月1日中国石油勘探开发研究院举办的“能源转型中的油气勘探开发创新之路”专家论坛上,数位院士、专家对此进行论述。本版今日推出专题报道予以解读,敬请关注。

中国科学院院士 邹才能

本世纪中叶进入“天然气时代”

中国科学院院士邹才能说,世界能源形成油气煤新能源“四分天下”新格局。当前,煤炭发展进入转型期,石油发展迈入稳定期,新能源发展渐入黄金期,而天然气发展步入鼎盛期。

预计天然气在本世纪30年代超越煤炭、在40年代超越石油,至本世纪中叶进入以天然气为主导的清洁能源黄金发展期,进入“天然气时代”。

从供应看,全球天然气资源丰富,已探明储量还可开采50多年。从消费看,全球天然气年消费量将由目前的3.5万亿立方米增长至2040年的5万亿立方米,其中我国增幅最大。

到目前,黑色页岩已引发两次革命和两次“黑天鹅事件”。第一次革命是常规革命,非常规资源实现大规模开发;第二次革命是自我革命,非常规资源实现低成本开发。第一次“黑天鹅事件”,直接导致油价断崖式下跌;第二次“黑天鹅事件”,导致美国2026年有望实现能源独立。

我国天然气工业正处于快速增长期。2000年以来,我国天然气消费量增速16%,明显高于10.9%的产量增速。2017年我国天然气对外依存度达到39%。

我国天然气工业革命包括四个生产革命。一是天然气的生产革命。目前我国常规天然气可采资源量48.4万亿立方米,非常规天然气可采资源量36.3万亿立方米,天然气水合物可采资源量初步估算53万亿立方米。我国天然气进入常规与非常规并重发展新阶段,必须创新天然气理论技术,加大勘探开发力度,力争2030年上产至3000亿立方米。

二是地下的煤制气革命。我国具有资源优势,西气东输沿线可气化资源量约160万亿立方米;地下工程技术优势,可与水平井、火烧油层、原位干馏等技术结合;融合发展一体化优势,可依托现有管网、开展油区用能替代等。

三是海域的水合物革命。美国能源部预测全球水合物资源量2万万亿立方米,相当于20万亿吨油当量,是常规油气资源量(1万亿吨)的20倍。我国要加强富集“甜点区”评价与工业化技术攻关。

四是氢能的整个产业革命。2009年我国氢气产量首次突破1000万吨,此后连续8年保持世界第一。预计2020年全球氢产量将超亿吨。

清华大学教授、国际氢能协会副主席 毛宗强

石油公司或可拓展氢能业务

清华大学教授、国际氢能协会副主席毛宗强说,氢是和平能源,制备来源广、方法多,可将不稳定的可再生能源变成稳定能源,可从根本上解决能源安全问题。

世界氢能委员会提出,到2050年,全球20%的二氧化碳减排要靠氢能来完成,18%的发电由氢能承担。

预计到2030年我国将成为世界最大的氢能与燃料电池市场,到2040年氢能可能成为我国主体能源,占比10%。

我国是世界第一产氢大国,2015年产氢气占世界总产量的34%,超过2200万吨。其中化石能源制氢占到96%,水电解制氢占4%。

预计我国副产制氢、弃电制氢在2030年达峰后逐步下降,可再生能源制氢在2030年之后发挥作用,化石能源制氢会一直延续到2050年。

目前各地方政府、企业发展氢能热情高涨,开始形成政府、国有企业、民营企业、金融、科研联合态势。其中,山东省于2017年底进军氢能经济,计划依托济南先行区建设氢能源科技园、氢能源产业园、氢能源会展商务区三位一体的“中国氢谷”,并设立500亿元的新能源发展基金。

至2018年3月,我国共有31座加氢站,其中已建成12座。有超过300个氢气站在计划阶段。由加氢站分布可见,我国氢能区域发展趋势是由南方向北方、由沿海向内地。

建议石油公司要有转型的意识,既要保持传统业务,又要开拓新的能源业务;积极开展技术储备,包括可再生能源制氢、氢气管道输送、加注等技术;做好行业评估,设计可行的技术路线;利用现有加油站网络开展售氢业务,形成电解水制氢加氢站(位于市郊)+几个外供氢加氢站(包括市中心)的微能源网络;参加国际氢能联盟,加强与国际同行交流。

国家能源大规模物理储能研发中心主任 陈海生

储能技术发展迅速大有可为

国家能源大规模物理储能研发中心主任陈海生说,储能技术是智能电网、能源互联网的关键技术,在社会生活中无处不在。

著名经济学家杰里米·里夫金提出,第三次工业革命的根本特征是可再生能源+互联网,五大支柱产业分别为可再生能源、分布式/微网、智能电网/新能源、新能源汽车和储能,而储能技术贯穿全部五大支柱产业,是能源革命的支撑技术。

储能市场需求巨大。过去10年,世界除抽水蓄能之外的储能装机容量增加55倍。未来30年,我国储能装机容量将增长10倍。

储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能、蓄热蓄冷、飞轮储能、铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等,发展情况不一(如右图所示)。但目前储能技术发展水平离产业大规模应用还有差距。

以人们熟知的锂离子电池储能技术为例。该技术的特点是能量密度高、效率高、响应快、发展快,成本相对高,安全性也有待提高。锂离子电池储能技术多应用于电动汽车、电网频率控制、系统备用、系统稳定及新能源接入等。其关键技术包括全固态锂电池技术、聚合物离子液态锂电池技术、锂硫电池技术。

锂离子电池储能技术的发展目标是:掌握锂离子电池高性能正、负极材料及安全电解液的制备技术;解决锂离子电池寿命短、稳定性差等问题,研发新型动力锂离子电池;实现10兆瓦/10兆瓦时~100兆瓦/100兆瓦时级别储能系统的示范及商业应用。

我国大规模储能技术的发展目标是:到2030年,规模从100千瓦~1兆瓦级向10兆瓦~100兆瓦级跨越,寿命从2000次向5000~1万次跨越,成本从1.5万元/千瓦向8000元/千瓦以下、从3000元/千瓦时向1500元/千瓦时以下跨越。

中国工程院院士 曹耀峰

地热产业迎来机遇潜力巨大

中国工程院院士曹耀峰说,近年来随着《地热能开发利用“十三五”规划》发布、“深地探测”被列入《“十三五”国家科技创新规划》、北方地区推进清洁取暖、雄安新区规划利用地热,我国地热发展迎来新机遇。

我国地热直接利用连续多年位于世界首位。近年来,我国浅层和中深层地热利用项目均呈现规模化、大型化的特点。北京城市副中心以浅层地热能为主,将实现供暖制冷面积300多万平方米;南京长江水空调项目将实现供暖制冷面积1600万平方米;重庆水空调项目实现400万平方米的供暖制冷能力;江汉油田浅层地热能替代煤锅炉供暖项目将实现供暖面积570多万平方米。

热源形式更加多元化,可利用地表水(江河湖海)、城市污水余热、油田采出水余热、工业余热、煤矿井下余热等供暖制冷。如河南油田下二门联合站余热利用项目,年可节约天然气480万立方米,年节能折合标准煤2651吨、减排二氧化碳7159吨。

地热开发商业模式不断创新。除BOO(建设-拥有-经营)、BOT(建设-经营-转让)和EMC(合同能源管理)模式外,我国还大力提倡PPP(公私合营)模式。

我国中深层地热发电蓄势待发。水热型高温地热资源发电潜力西藏最大,滇西其次。中低温地热资源发电规模化发展的关键是梯级利用。干热岩资源年发电潜力是2016年全国总发电量的6000倍。

大型能源企业正加速布局地热产业。中国石化成为最大地热开发企业,占全国中深层地热供暖市场的40%。中国石油设立地热研究机构,大庆、华北等油田积极开发地热。

我国地热产业在2035年以前,以供暖为主、发电为辅;2035年以后,随着干热岩开发技术突破,地热供暖与地热发电齐头并进。

我国中东部地区重点发展地热供暖,西部地区重点推进地热发电,夏热冬冷地区整体推进浅层地热能开发利用;对于“一带一路”沿线国家,加强地热开发利用合作。

地热产业链纵向延伸,大力推进地热梯级利用;横向延伸,倡导“地热+”,推广多能协同供能模式。

地热产业规模发展,将为我国经济增长及转型升级贡献新动能。“十三五”期间,地热产业将拉动直接投资4000亿元,并带动地热全产业链总投资超1万亿元,提供就业岗位近80万个。至“十三五”末,地热能年利用量相当于替代化石能源7000万吨标准煤,约占我国能源消费总量的1.46%,对应减排二氧化碳1.7亿吨。

中国科学院院士 李 灿

利用可再生能源制氢前景广阔

中国科学院院士李灿说,日照到地球表面3小时的太阳能,可满足2050年一年全球的能源需求。

在太阳能的科学利用上,光伏、光热发电已实现商业化应用,而道法自然光合作用,通过人工光合成生产太阳能燃料,是人类开发利用可持续清洁能源的梦想。

氢可作为内燃机燃料、燃料电池燃料。水可以直接分解成氢和氧气,这是一个理想过程。

要实现这个过程,可以利用可再生能源,实现光催化制氢、光电催化制氢和电催化制氢。

还可以利用二氧化碳加氢制甲醇。甲醇是氢的一种载体,合成甲醇也是解决氢储存和运输问题的一种方式,可用于燃料电池现场制氢和直接甲醇燃料电池。

目前,我国这两个系列催化剂的实验室小试效果非常好。

国际上,冰岛碳循环国际公司利用地热发电制氢,并与二氧化碳反应制甲醇,已完成500吨级二氧化碳转化示范工程,最近计划增至4500吨的规模。

我国弃水、弃风、弃光问题突出,可直接利用光伏和风电实现电解水制氢。一些小型光伏、水电、风电项目可不必上网,直接用于太阳能燃料生产,实现就地储能和转化储能。

总的来说,可再生能源分解水制氢是有希望的技术,已逐步趋于成熟,有望实现规模化市场应用。

利用可再生能源制氢可从根本上解决燃料电池氢源的问题,也使燃料电池发电成为真正意义上的清洁能源技术。

只有利用可再生能源制氢,并与二氧化碳优化利用,才可能根本上解决二氧化碳排放的问题。二氧化碳加氢制甲醇、烯烃、燃料等技术,应用前景广阔。

来源: 中国石化报  2018年09月03日

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